wcdma移动通信系统中关键技术的探究

wcdma移动通信系统中关键技术的探究内容摘要：

关的信息； 3） 建立、维持及释放 UE和 UTRAN 之间的一个 RRC； 4） 建立、重新配置及释放无线承载； 在 WCDMA 的协议结构中， UTRAN 地面接口的通用协 议结构的设计原则是各层及各平面逻辑上相互独立。 这样根据将来的需要，协议结构的一部分可以做修改，而其他部分可以不用做改动。 它的水平层面分为无线网络层和传输网络层。 所有 10 UTRAN 相关内容仅在无线网络层可见，传输网络层使用标准传输技术。 它的垂直层面分为控制平面，用户平面，传输网络控制平面和用户平面。 WCDMA 体系结构 WCDMA 是 IMT2020 家族的一员，它的体系结构是由 CN， UTRAN 和 UE 组成。 UTRAN 包含一个或几个 RNS。 一个 RNS 由一个 RNC 和一个或多个 Node B 组成。 RNC与 CN 之间的接口是 Iu 接口， Node B 和 RNC 通过 Iub 接口链接。 在 UTRAN 内部，RNC 之间通过 Iur 互联， Iur 可以通过 RNC 之间的直接物理连接或通过传输网连接。 RNC 用来分配和控制与之间相连或相关的 Node B 的无线资源。 Node B 则完成 Iub 接口与 Uu接口之间的数据流的转换，同时也参与一部分无线资源管理。 Iu Iu Iur Iub Iub Iub Iub NodeB NodeB NodeB NodeB Uu UE 图 WCDMA 体系结构 C N RNC RNC 11 第 3 章 WCDMA 关键技术简介 随着第三代移动通信技术的发展， WCDMA 的关键技术也越来越受到重视。 智能天线采用天线阵列，根据信号的空间特性，能够自适应调整加权值，以调整其方向圆图，形成多个自适应波束，达到抑制干扰、提取信号目的的天线。 空时编码的主要目的是提高系统频谱效率。 多用户检测技术（ MUD）是通过取消小区间干扰来改进性能，增加系统容量。 联合检测 在数字域上用一定的信号分离方法把各个用户的信号分离开来。 智能天线 智 能天线是一种安装在基站现场 的双向天线，通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性，并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。 智能天线的原理是将无线电的信号导向具体的方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向 DOA(Direction of Arrinal)，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。 未来无线系统需要可以适用于各种通信环境的信号处理技术，因此未来智能天线设计的初始阶段必须认真地考虑在性能和复杂度之间折衷地优化。 首先，在物理层的可重配置性方面 ，为了使无线通信收发机可以工作在多参数连续改变的环境中，需要在收发机中采用可重新配置的自适应技术来调节结构，从而获得最好的性能。 其次，在不同层之间的优化中，通过 OSI 模型定义的高层之间的相互作用可以提高整个系统的性能。 可以通过结合物理层 ,链路层，网络层的参数来设计智能天线，使其具有一定的兼容性。 智能天线技术在通信系统中的应用逐渐广泛，已经成为移动通信系统中最具有吸引力的技术之一，将在未来的通信发展中发挥更巨大的作用。 欧洲通信委员会（ CEC)在 RACE（ Research into Advanced Communication in Europe)计划中实施了第一阶段智能天线技术研究， 1995年初开始现场试验。 天线由八个阵元组成，射频工作频率为 ,阵元间距可调，阵元分布分别有直线型，圆环型和平面型三种形式。 在日本， ATR光电通信研究所研制了基于波束空间处理方式的多波束智能天线。 在中国， 12 ArrayComm 公司和中国邮电电信科学研究院信威公司研制出应用于无线本地环路（ WLL)智能天线系统。 中国的 TDSCDMA 是 3G 中比较明确使用智能天线的方案。 智能天线的形式 智能天线可 以分成两种类型：交换波束天线和适应阵列。 适应阵列使用一个阵列天线和成熟的数字信号处理来从一个位置到下一个位置转换天线束。 Z 平面传播方向 Y x 图 入射到任意天线元阵列的波达方向 交换波束使用许多窄波束天线，每个指向一个微有不同的方向，以此覆盖整个 120 度扇区。 当扇区内的移动用户移动时，系统内的智能天线从一个天线变 13 换到另一个天线。 移动台 1 移动台 2 基站 图 交换波束示意图 图 为一个简单的多径传播的示意图，由图可以看到，不同的多径信号分量有着不同的传播路径。 智能天线的工作原理 智能天线包括射频天线阵列部分和信号处理部分，其中信号处理部分根据得 到的关于通信情况的信息，实时地控制天线阵列的接收和发送特性。 这些信息可 能是接收到的无线信号的情况；在使用闭环反馈的形式时， 也可能是通信对端关 于发送信号接收情况的反馈信息。 把具有相同极化特性、各向同性及增益相同的 天线阵元，按一定的方式排列，构成天线阵列。 构成阵列的阵元可按任意方式排 列，通常是按直线等距、圆周等距或平面等距排列，其间距通常取工作波长的一 半，并且取向相同。 智能天线系统由天线阵列部分、阵列形状、模数转换等几 14 部分组成 , 如图。 实际智能天线结构比图复杂 , 因为图中表示的是单个用户情况 , 假如在一个小区中有 K 个用户 , 则图 分可以共用 , 其余自适应数字信号处理器与相应的波束形成 网络需要每个用户一套 , 共 K 套。 以形成 K个自适应波束跟踪 K 个用户。 被跟踪的用户为期望用户 , 剩下的 K 1 个用户均为干扰用户。 智能天线可以按通信的需要在有用信号的方向提高增益 , 在干扰源的方向降低增益 .因此 , 智能天线系统的应用可以带来如下好处：提高系统容量、减小衰减、抗干扰能力较强、实现移动台定位、增强网络管理能力等。 由于天线有发射和接收两种工作状态，所以智能天线包括智能发射和智能接收两部分，它们的工作原理基本相同。 智能接受时，自适应天线阵能在干扰方向未知的情况下对阵列中各个阵元的信号输入进行自适应的加 权调整，使阵列天线方向图的零点对准干扰方向调零，以减小甚至抵消干扰信号，从而达到从混合的接收信号中解调出期望得到的信号的目的。 即使在干扰和信号同频率的情况下，也能成功地抑制干扰。 如天线的阵元数增加，还可增加零点数来抑制不同方向上的几个干扰源，实际效果可达 25dB～ 30dB 以上。 智能天线以多个高增益的动态窄波束分别跟踪多个移动目标，同时抑制来自窄波束以外的干扰和噪声，使系统处于最佳状态。 智能发射时，根据从接收信号中获取的 UE 信号方位图，自适应地调整每个辐射阵元输出的幅度和相位，使得他们的输出在空间叠加，产生指 向 UE 的赋形波束。 智能天线主要包括四部分：天线阵列，模数转换，自适应处理器，波束成型 网络。 1） 天线阵列部分 天线的阵元数量与天线阵元的配置方式对智能天线的性能有着重要的影响。 2）模数转换 下行是将模拟信号转换成数字信号，上行时将数字信号转换成模拟信号。 3）自适应处理部分 自适应处理器是根据自适应空间滤波器 /波束成型算法和估计的来波方向等产生权值。 4）波束成型网络 波束成型网络进行动态自适应加权处理以产生期望的自适应波束。 15 波束形成网络 模数转换 本地参信号 天线阵 图 智能天线体系模型 智能天 线的信号模型 在多用户情况下， K：系统中的用户数； M：天线阵元个数；则在频率选择性衰落情况下，接收到的第 K 个用户的信号矢量为：（其中 kL 表示第 K 个用户的多径数， lk, 表示第 K个用户第 l径的复信道增益） )()()( ,1, lkklkLllkk tsatxk    (） 则在平坦衰落情况下，接收到的第 K个用户的信号矢量为： A/D 或 D/A 转 换 W1 W2 _ Wn  自适应算法 数字信号处理 16 )()()(,1 , , tsaetx klkLljwlkkklk    。